[发明专利]一种用于管道内检测器声定位的单片集成敏感阵列

说明书

技术领域

本发明涉及管道内检测器的定位技术，具体是一种用于管道内检测器声定位的单片集成敏感阵列。

背景技术

管道内检测技术是指通过装有无损检测设备及数据采集、处理和存储系统的管道内检测器在管道中运动，完成对管道的逐级扫描，达到对管道缺陷大小、位置检测的目的。管道内检测技术可以保证在管道正常运行的情况下，定量检测出因管道长期使用后产生的外力损伤、腐蚀等因素造成的管道缺陷。在实际应用中，当管道内检测器在管道中运动，经过爬坡处、三通处和转角较小处等时，容易发生卡死的现象。同理，管道长期使用后其内部沉积的杂物也会导致管道内检测器发生卡死的现象。管道内检测器一旦长时间卡死在管道中，便会导致管道运输工作无法正常进行，由此造成巨大的经济损失和环境污染。因此，为了避免上述经济损失和环境污染，需要及时将卡死在管道中的管道内检测器取出。在取出过程中，为了避免盲目开挖、减少开挖时间和工作量，需要对卡死在管道中的管道内检测器进行精确定位。在现有技术条件下，管道内检测器的定位技术主要分为基于检测脉冲电磁信号的定位技术和基于声传感器阵列的定位技术。其中，基于检测脉冲电磁信号的定位技术是指在管道内检测器上安装信号发射机，该信号发射机不断发射脉冲电磁信号，通过安装在监测点的接收天线检测该脉冲电磁信号，由此实现管道内检测器的定位。此种技术的缺点在于：当管道内检测器的卡死位置超出接收天线的检测范围时，定位精确性会变得很差。基于声传感器阵列的定位技术是指在管道内检测器上安装特征信号发生装置，当管道内检测器卡死在管道中时，特征信号发生装置发出特征信号，通过声传感器阵列检测该特征信号，由此实现管道内检测器的定位。此种技术的缺点在于：由于声传感器阵列很难保持其一致性，导致定位精确性低。基于此，有必要发明一种全新的管道内检测器的定位技术，以解决现有管道内检测器的定位技术定位精确性低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有管道内检测器的定位技术定位精确性低的问题，提供了一种用于管道内检测器声定位的单片集成敏感阵列。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种用于管道内检测器声定位的单片集成敏感阵列，包括两个四梁臂硅微结构、两个微型柱状体、两个中心连接体、以及检测电路；两个四梁臂硅微结构和两个中心连接体均位于同一平面；两个微型柱状体的上端各自垂直固定于两个中心连接体的下表面中央；检测电路包括由第一-第四应变压敏电阻连接构成的第一惠斯通电桥、由第五-第八应变压敏电阻连接构成的第二惠斯通电桥、由第九-第十二应变压敏电阻连接构成的第三惠斯通电桥、由第十三-第十六应变压敏电阻连接构成的第四惠斯通电桥；第一惠斯通电桥铺设于其中一个四梁臂硅微结构的其中两个梁臂上；第二惠斯通电桥铺设于其中一个四梁臂硅微结构的另外两个梁臂上；第三惠斯通电桥铺设于另外一个四梁臂硅微结构的其中两个梁臂上；第四惠斯通电桥铺设于另外一个四梁臂硅微结构的另外两个梁臂上。

工作时，以地面为x-y平面建立两个四梁臂硅微结构的直角坐标系，并保证直角坐标系的x轴平行于管道。具体工作过程如下：当管道内检测器卡死在管道中时，管道内检测器自带的声音装置发出振动信号，该振动信号作用于两个微型柱状体，使得两个微型柱状体发生偏斜，两个微型柱状体进而带动两个四梁臂硅微结构产生应力变化，使得第一-第十六应变压敏电阻的阻值发生变化，第一-第四惠斯通电桥由此输出电压信号，通过该电压信号即可计算得出管道内检测器的方位角θ。具体计算过程如下：假设第一-第四惠斯通电桥输出的电压信号分别为Ux1、Uy1、Ux2、Uy2，则其中一个四梁臂硅微结构测得的方位角θ1=arctan（Uy1/Ux1），且0°＜θ1≤90°，另一个四梁臂硅微结构测得的方位角θ2=arctan（Uy2/Ux2），且0°＜θ2≤90°。由于管道内检测器到两个四梁臂硅微结构的中心的距离远远大于两个四梁臂硅微结构的中心之间的距离，两个四梁臂硅微结构的中心可以看作位于同一原点。因此，如图4所示，两个四梁臂硅微结构的直角坐标系便可划分成四个区域：当0°＜θ1＜45°，0°＜θ2＜45°时，管道内检测器的方位角θ在Ⅰ区域，且θ=θ1；当0°＜θ1＜45°，45°＜θ2＜90°时，管道内检测器的方位角θ在Ⅳ区域，且θ=180°-θ1；当45°＜θ1＜90°，0°＜θ2＜45°时，管道内检测器的方位角θ在Ⅱ区域，且θ=θ1；当45°＜θ1＜90°，45°＜θ2＜90°时，管道内检测器的方位角θ在Ⅲ区域，且θ=180°-θ1。管道内检测器的方位角如表1所示：

表1  管道内检测器的方位角